Ústav fyzikální elektroniky Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity POKROČILÉ PRAKTIKUM Z ELEKTRONIKY Návod k úloze č. 3: Proudové zdroje Zadání úlohy číslo 3 Sestavte několik zdrojů proudu a měřte závislost výstupního proudu na výstupním napětí pro tři velikosti vstupního proudu (0.5 mA, 1 mA a 5 mA). V závěru protokolu jednotlivé zdroje porovnejte. Zdroje proudu s tranzistorem a Zenerovou diodou Widlarovo proudové zrcadlo Wilsonovo proudové zrcadlo 1. Úvod V elektronice může nastat situace, kdy potřebujeme zdroj konstantního proudu. Ideální proudový zdroj dodává do obvodu konstantní proud nezávislé na napětí, které je na jeho svorkách. idealizovaného stavu nelze dosáhnout a každý proudový zdroj bude mít výstupní charakteristiku, která se bude s napětím vyvíjet. V tomto praktiku sestavíte několik proudových zdrojů a určíte jejich výstupní charakteristiky. Ve všech zapojeních využijete bipolární NPN tranzistory a prvního zapojení Zenerovu diodu. K dispozici máte pole nepájivých spojů, tři laboratorní multimetry, sadu rezistorů, sadu tranzistorů, Zenerovu diodu a dvojitý zdroj stejnosměrného napětí. Vaším úkolem bude ověřit funkci tří proudových zdrojů, vždy budete měřit výstupní charakteristiku zdroje v závislosti na vstupní proudu. 1.1. NPN tranzistor a Zenerova dioda Vyzkoušíte si zapojení, které využívají jako hlavní prvek NPN tranzistor a v jednom zapojení je využita Zenerova dioda. NPN tranzistor je součástka se třemi vývody – kolektor, emitor a báze. které jsou označeny na schématické značce na obrázku 1. Tranzistor je aktivní součástka, která tvořena ze dvou PN přechodů. Mikroskopická struktura způsobuje, že velikost BE proudu ovlivňuje velikost proudu CE. Kolektorový proud může být mnohonásobně vyšší než bázový, součástka tak lze použít jako zesilovač. Zenerova dioda je speciální typ diody, který se využívá převážně v závěrném směru. Více se o Zenerově diodě dozvíte (nebo již jste se dozvěděli) v úloze č. 1 toho praktika. Zenerova dioda je konstruována tak, aby pracovala v oblasti průrazu bez poškození. Voltampérovou charakteristiku takové diody vidíte na obrázku 2. Z této charakteristiky je zřejmé proč se Zenerova dioda využívá jako napěťová reference, pro velkou oblast závěrného proudu je stále na diodě stejné napětí UZ – Zenerovo napětí. V zapojení proudového zdroje slouží k řízení bázového proudu tranzistoru, který určuje proud výstupní. Obrázek 1: Schématická značka tranzistorů s označenými konektory. Obrázek 2: VA charakteristika Zenerovy diody 2. Realizace zdrojů proudu 2.1. Zapojení s tranzistorem a Zenerovou diodou V prvním zdroji je využita Zenerova dioda pro referenci napětí, které reguluje bázový proud NPN tranzistoru zapojeného ve zdroji. Vstupní proud ovlivňuje velikost výstupního proudu. Při měření zapojte obvod podle následujícího schématu s těmito hodnotami rezistorů. Jako Zenerovu diodu využijete BZX83V004V7. Hodnotu rezistorů můžete určit podle proužkového značení nebo přímým měřením odporu multimetrem. U NPN tranzistorů si pomocí multimetru s funkcí hFE si ověřte pozici jednotlivých konektorů a funkčnost tranzistoru. R1 = 1 kΩ R2 = 470 Ω A VA R1 R2 UoutIoutIin Schéma 1: Zapojení s tranzistorem a Zenerovou diodou Změřte výstupní charakteristiku zapojení s tranzistorem a Zenerovou diodou pro tři různé vstupní proudy. 2 2.2. Widlarovo proudové zrcadlo Další kategorií zapojení jsou proudová zrcadla. Zapojením dvou tranzistorů do obvodu můžeme docílit zrcadlení bázového proudu a tím i stabilizaci výstupního proudu. Při měření porovnejte vstupní proud s výstupním, dokážete určit proč se liší? R1 = 1 kΩ R2 = 100 Ω A VA R2 R2 IoutIin R1 Uout Schéma 2: Zapojení Widlarova proudového zrcadla. Změřte výstupní charakteristiku Widlarova proudového zrcadla pro tři různé vstupní proudy. 2.3. Wilsonovo proudové zrcadlo Posledním zapojení je Wilsonovo proudové zrcadlo, které sestavíte podle schématu 3. Na konci měření porovnejte jednotlivé zapojení a jejich schopnost stabilizovat proud v obvodu. R1 = 1 kΩ A VA R1 Iin Iout Uout Schéma 3: Zapojení Wilsonova proudového zrcadla. Změřte výstupní charakteristiku Wilsonova proudového zrcadla pro tři různé vstupní proudy. 3